DE2120771A1

DE2120771A1 - Elektrische Schaltanordnung

Info

Publication number: DE2120771A1
Application number: DE19712120771
Authority: DE
Inventors: Charles Ernest Crestwood NY Braue (V St A)
Original assignee: Data Appliance Corp
Current assignee: Data Appliance Corp
Priority date: 1970-04-30
Filing date: 1971-04-28
Publication date: 1971-11-18
Also published as: US3617666A; GB1308575A; USRE28365E; FR2090978A5

Description

Elektrische Schaltanordnung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltanordnung, die aus mindestens einem. Schalter besteht, der durch Druck auf einen Schaltbereich geschlossen und durch Aufheben des Druckes geöffnet wird.

Elektrische Schalter, die durch Ausüben eines Druckes gegen ihre Oberfläche betätigt werden, um einen Stromkreis zu schließen, und die den Stromkreis Öffnen, wenn der Druck;aufgehoben wird, sind für verschiedene Anwendungen, einschließlich als Mattenachalter zur Betätigung von Türöffnungsvorrichtungen, bekannt. Andere bekannte druckempfindliche Schalter sind gitterartig angeordnet

109847/1253

OBlQiNAL INSPECTED

und dazu bestimmt, bei Abtastern von geprägten Harten und bei manuellen Schrift-Aufzeichnungsgeräten verwendet zu werden, wie z.B. bei der in der US-Patentschrift 3 508 beschriebenen Vorrichtung» Der in dieser Patentschrift behandelte Schalter arbeitet mit einer elastischen Membran, die bei der Ausübung einer Kraft verformt wird und um--dadurch ein an der Unterseite der Membran befestigtes, leitendes Material in Kontakt mit einem zweiten leitenden Material zu bringen. Nach ihrer Freigabe nimmt die elastische Membran von selbst wieder ihre Ausgangsstellung ein.» ■

Derart konstruierte Schalter haben den liachteil, daß sie für auf einen größeren Bereich ausgeübte Kräfte unempfindlich sind, da sich elastische Materialien leicht verformen lassen. Wenn eine Anzahl dieser Schalter in einer Mehrfachschaltanordnung zum Aufzeichnen handgeschriebener oder anderer Markierungen, die unter Verv/endung eines Schreibgerätes, wie z.B. eines Federhalters, eines Bleistiftes oder eines Griffels angebracht werden, benutzt jwiird, bewirkt die schwankende Stärke des von Teilen der.Hand, insbesondere des Gelenkes des kleinen Fingers, ausgeübten Druckes wenn die Hand auf den Schal-tern ruht und sich darüber hinwegbewegt, ein unabsichtliches Schließen von Schaltern. Das Problem des unbeabsichtigten Sehließens von Schaltern ist bisher nicht gelost worden<> Andererseits muß jeder Schalter leicht geschlossen werden können, damit der Benutzer nicht ermüdet, wenn er eine Vielzahl von Schaltern in einer Arbeitsperiode schließen soll.

Bin druckempfindlicher Schalter, der innerhalb eines langen Zeitraumes zuverlässig arbeitet und bei Ausübung

o/.

109847/125 3

SAD ORtGiNAU

eines selektiven Druckes, der sich, in der Größenordnung des üblichen Auflagedruckes von Schreibgeräten bewegt, schließt, aber nicht auf Kräfte anspricht, die unterhalb dieses Minimums liegen, ist weder in einer druckschriftlichen Veröffentlichung beschrieben worden noch im Handel erhältliche

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

eine elektrische Schaltanordnung zu schaffen, die auf <|

den von Schreibgeräten ausgeübten Druck anspricht und die von einem geringeren Druck nicht betätigt wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die elektrische Schaltanordnung übereinander eine elektrisch nichtleitende Grundplatte, eine untere elektrisch leitende Schicht, eine nichtleitende Abstandsplatte, die mindestens eine Öffnung aufweist, eine obere elektrisch leitende Schicht und eine nichtleitende, nicht zusammendrückbare Platte umfaßt, die einen der Öffnung in der Abstandsplatte gegenüberstehenden, langgestreckten Schlitz aufweist, der von bei Anwendung von Druck in die öffnung a

der Abstandsplatte hinein durchbiegbaren Abschnitten der nicht zusammendrückbaren Platte begrenzt wird.

Die Schaltanordnung nach der vorliegenden Erfindung wird durch die selektive Ausübung eines Druckes auf einen solchen Bereich der Schaltanordnung betätigt, in. dem der Druck ein Durchbiegen der an den langgestreckten Schlitz in der Platte angrenzenden, durchbiegbaren Abschnitte der Platte bewirkt. Das Durchbiegen dieser Abschnitte gegen die obere leitende Schicht bewegt diese

. 109847/1253

212077t

Schicht gegen die untere Schicht, die normalerweise im Abstand von der oberen Schicht angeordnet ist, so daß ein elektrischer Stromkreis geschlossen wird. V/ird der Druck aufgehoben, bewegen sich die durchgebogenen . Abschnitte zurück in ihre Ruhestellung und erlaubt es den normalerweise voneinander- getrennten Schichten, sich voneinander zu entfernen und den Stromkreis zu öffnenο " " . "

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Schaltanordnung in der Lage ist, durch die gewöhnliche Verwendung eines Bleistiftes oder Griffels als Druck ausübendes Gerät Signale zum Auf- .- ^z~ zeichnen zu liefern. Vorzugsweise wird eine Prüfschablone oder ein Blatt Papier über die Schaltanordnung gelegt, die bzw. das die Stellen angibt, an denen durch die Verwendung eines Schreibgerätes Druck ausgeübt werden kann_o Wenn auf eine solche Stelle ein beabsichtigter und ausreichend großer Druck ausgeübt wird, kann das Schließen des Schalters ein hörbares Signal hervorrufen, das dem Schreibenden angibt, daß der Schalter geschlossen ist.

Bei einer bevorzugten.Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung wirken die durchbiegbaren Abschnitte der nichtleitenden Platte mit leitenden Schichten zusammen, die aus einem flexiblen, mit einer leitenden Oxidschicht versehenen Gewebe besteht»

V/eitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Die der

109847/1253

Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Schaltanordnung nach der Erfindung, die mehrere Schalter in einer Gitteranordnung aufweist,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II durch die Schaltanordnung nach Fig. 1 mit einer Bleistiftspitze, die zwar die Oberfläche berührt, aber keinen Druck ausübt,

Fig. 3 einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt durch die Schaltanordnung nach Fig. 1 mit einer auf einen Schalter einen Druck ausübenden Bleistiftspitze,

Fig. Ja einen vergrößerten Ausschnitt, aus Fig. 3* die leitenden Gewebeschichten in ihrer Kontaktstellung zeigt,

Fig. 4· eine vergrößerte Draufsicht auf einen Schalter der erfindungsgemäßen Schaltanordnung,

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 durch einen Dreielementschalter nach der Erfindung, der drei Schichten eines leitenden Gewebes aufweist, und

Fig. 6 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 durch den Dreielementschalter nach Fig. 5 in Verbindung mit ' einer die Gewebeschichten in ihre Kontaktstellung bewegenden Bleistiftspitze.

109847/1253 *^A .

Die "in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte erste Ausführungsform einer Schaltanordnung 1 besteht aus einer Vielzahl von Schichten, nämlich einer Grundplatte 2 aus einem elektrisch nichtleitenden Material, wie z.B. Kunststoff oder Karton, einer unteren Gewebeschicht 3~» einer Abstandsplatte 4, einer-oberen Gewebeschicht 5, einer elektrisch nichtleitenden, im wesentlichen nicht zusammendrückbare, durchbiegbaren Platte 6 und schließlich einer Druck übertragenden Abdeckplatte 7. Diese Schichten können durch Verbinden ihrer Ränder durch Kleben, Klemmen oder auf sonstige Weise zusammenge- halten werden, um einen dichten Verschluß zu erhalten, der verhindert, daß Wasser, Schmutz oder Bakterien zwischen die Schichten eindringen. Die inneren Oberflächen der Schichten sind nicht miteinander verbunden, um die für das richtige Arbeiten jedes Schalters notwendige Relativbewegung zu ermöglichen«, Auf der Oberseite der Schaltanordnung 1 befindet sich ein Bogen Papier 8, der Abschnitte aufweist, die angeben, wo Markierungen angebracht werden sollen, und der mittels einer Bleistiftspitze 9 oder eines anderen Schreibgerätes markiert wird.

Einzelschalter 11 werden von Abschnitten der Schichten gebildet,- die sich innerhalb und in der Umgebung einer kreisförmigen Üffnung 12 der Abstandsplatte 4 befinden. Alle Schalter 11 sind gleich aufgebaut und es haben ihre Gewebeschichten 3 und 5 abwechselnd einen elektrisch leitenden Streifen 13 und einen nichtleitenden Streifen Die leitenden Streifen 13 der Gewebeschicht 3 verlaufen

./o

10 9 8 4 7/1253

senkrecht zu den leitenden Streifen 13 der Gewebeschicht 5· Das Gewebe kann auf irgendeine herkömmliche Art, wie z.B. Yieben, Wirken oder Stricken, hergestellt sein. Es ist erforderlich, daß zumindest die nichtleitenden Streifen des Gewebes aus nichtleitenden Fasern hergestellt sind, die aus irgendeinem natürlichen oder synthetischen Material wie Nylon," Polyester oder Seide bestehen können. Die leitenden Streifen werden durch Beschichten der entsprechenden Abschnitte mit einem dünnen Belag aus einem elektrisch leitenden Metall wie Silber oder Chrom oder Legierungen dieser Metalle hergestellt. Ein Belag, der die Gewebeabschnitte im wesentlichen kontinuierlich bedeckt, ist in einer Dicke von ungefähr 0,025 /·'·!& bis 1,0 fm verwendbar, wobei eine Dicke zwischen 0,05 .'-'-m und 0,15/"m bevorzugt wird. Der Belag ist dünn genug und haftet an den Fasern oder ist von den Fasern absorbiert, so daß verhindert wird, daß die Fasern oder beträchtliche Fasergruppen aneinander anhaften und dadurch die Flexibilität des. Gewebes verringern. Der Belag muß sich auch über Abschnitte aneinandergrenzender, und zwar sowohl an der Oberfläche als auch im Inneren liegender Fasern erstrecken, um in allen Gewebeabschnitten einen vollständigen elektrischen Kontakt zwischen den Fasern zu sichern. Fasern mit einem Titer in der Größenordnung von 0,5 bis 10 Denier werden bevorzugt.

Das Beschichten kann bewerkstelligt werden, indem man die in den US-Patentschriften 2 511 472, 2 86? 552, 2 896 570, 2 897 091, 3 014- 818, 3 043 796 und 3 862 beschriebenen Verfahren anwendet. Diese Patentschriften

109847/1253

behandeln Verfahren zum Beschichten der Pasern vor dem Anfertigen des Gewebes, die einen Belag liefern, der bei Verwendung in der Schaltanordnung nach der Erfindung nicht verschleißt, nicht rissig wird oder abblättert.

Es kann das ganze Gewebestück, das in einer Schaltanordnung verwendet werden soll, beschichtet und danach im Bereich derjenigen Streifen, die nichtleitend sein sollen, durch Anwenden eines geeigneten Lösungsmittels von der Beschichtung befreit werden. Stattdessen können auch Gewebestreifen hergestellt werden, von denen die einen leitende und die anderen nichtleitende Eigenschaften besitzen, und es können danach die Streifen durch Nähen, Kleben oder auf irgendeine andere geeignete V/eise zusammengefügt werden. Vorzugsweise sind die Metallbeläge in der hier beschriebenen Umgebung korrosionsbeständig.

Die Gewebeschichten 5 und 5 sind flexibel und korrosionsbeständig und es hat insbesondere die Gewebeschicht 5 die Fähigkeit, wiederholt auf die Bewegung der durchbiegbaren Platte 6 anzusprechen und danach von selbst in eine Stellung zurückzukehren, in der sich die Gewebeschicht in einer Ebene befindet. Die Schichten 3 und 5 können auch aus anderen Materialien hergestellt sein, z.B. aus flexiblen Kunststoffolien, die zur Bildung der Streifen 1:5 und 14 mit leitendem Material versehene Abschnitte aufweisen. Das Material sollte jedoch in der Lage sein, wiederholt in die Öffnungen 12 gebogen zu werden und danach, wenn der Druck weggenommen ist, von selbst in die alte Lage zurückzukehren.

109847/1253

Die Streifen 13 sind derart angeordnet, daß sie über oder unter den Öffnungen 12 verlaufen, so daß, wenn auf die durchbiegbare Platte 6 Druck ausgeübt wird, sich Abschnitte der Platte 6 in die öffnungen 12 hineinbiegen, wie es allgemein in Fig. 3 dargestellt ist, um einen Abschnitt eines oberen Streifens 13 gegen einen Abschnitt eines unteren Streifens 13 zu drücken.

Insbesondere aus den Fig» 3 lind 4 ist ersichtlich, daß | die Ausübung eines Druckes durch die Bleistiftspitze bewirkt, daß sich Lippenabschnitte 19 und 19a der \Platte 6, die im Bereich jeder Öffnung 12 einander gegenüberliegen, ähnlich wie ein einseitig eingespannter Arm nach unten gebogen werden. Wenn sich die Lippenabschnitte 19 und 19a nach unten bewegen entfernen sich die Ränder 17 und 17a der Lippen voneinander. Durch die Wirkung der an einen Schlitz angrenzenden Lippenabschnitte 19 und 19a entsteht ein Kontaktbereich 18, -in dem sich die Gewebeschichten berühren, wenn die Bleistiftspitze 9 nach unten gedrückt wird. Jeder Lippenabschnitt 19 und 19a nimmt beim Durchbiegen eine im wesentlichen halbkreisförmige Gestalt an. Wenn der Druck aufgehoben wird, " bewegen sich die Lippenabschnitte zurück in die Ebene des übrigen Teiles der Platte 6_O Wenn die Bleistiftspitze 9 den Druck nicht im mittleren Bereich der Öffnung 12 ausübt, werden sich sowohl die Bewegungsabläufe der Lippenabschnitte als auch Größe und Gestalt des Kontaktbereiches 18 ändern. Die Ausübung eines genügenden Druckes auf irgendeine Stelle innerhalb des Umfanges der kreisförmigen öffnung 12 wird jedoch stets

109847/1253

bewirken, daß zwei Stellen der Streifen 13 einander berühren, um den Schalter zu schließen. Auch wenn nicht auf die beiden Lippenabschnitte der gleiche Druck ausgeübt wird, ermöglicht die Fähigkeit jedes Lippenabsennittes, sich unabhängig zu bewegen, eine Berührung der Gewebeschichten.

Das Ausbiegen der Lippenabschnitte 19 und 19a trägt ferner dazu bei, eine dauerhafte Verformung oder das Bilden einer bleibenden Vertiefung in der Abdeckplatte Z.U verhindern. Durch die Kraft der Bleistiftspitze. 9 erhält die Abdeckplatte ? die in Fig. 3 dargestellte gewölbte Gestalt,, während sich die Lippenabschnitte 19 und 19a in der oben beschriebenen Weise bewegen. Dadurch wird der Druck auf die Abdeckplatte 7 verringert und ein Eindrücken der Platte verhindert.

Die Abdeckplatte 7 besteht vorzugsweise aus einer im Handel unter der Bezeichnung "Mylar" erhältlichen Polyesterfolie, die von der E.I. du Pont de Nemours Company vertrieben wird. Statt dessen können auch andere Materialien verwendet werden, wenn sie genügend federnd sind, um der Bildung von Vertiefungen in der Oberfläche zu widerstehen. Die Abstandsplatte 4 und die nichtleitende durchbiegbare Platte 6 können ebenfalls aus Mylar oder einem anderen Material hergestellt sein. Für die Abstands platte 4 ist es erforderlich, daß das Material in genügendem Maße inkompressibel ist, um zu verhindern, daß die nahe der öffnung 12 gelegenen Abschnitte der Abstandsplatte 4 von den Lippenabschnitten 19 und 19^ zusammengedrückt werden und dadurch das Durchbiegen der Lippen-

10 9847/1253

abschnitte 19 und 19a beeinflussen. Ein Durchbiegen der Lippenabschnitte 19 und 19a in der in den Fig. 3 und 4- gezeigten Weise ohne wesentliche Verformung der Abstandsplatte 4 ist erforderlich, damit zwar der normale Druck einer Bleistiftspitze den Schalter schließt, ein kleinerer Druck den Schalter aber nicht betätigen kann. Die Streifen 13 sind über Anschlußklemmen 21 mit Leitungen 22 verbunden, um die Schalter 11 mit elektrischen Stromkreisen zu koppeln. Es kann |

Jede geeignete Anordnung von solchen Schaltern verwendet werden.

Figo 3a zeigt die Berührung zwischen zwei Abschnitten von Streifen 13 des leitenden Gewebes. Wie dargestellt, berühren sich die verwebten Fasern 24- und 25 in einer Vielzahl von Punkten. Das leitende Gewebe bildet eine Vielzahl von elektrischen Kontakten, die das Schließen des elektrischen Stromkreises gewährleisten, wenn die durchbiegbare Platte 6 durchgebogen wird, um die obere Gewebeschicht 5 an der unteren Gewebeschicht 3 zur

Anlage zu bringen. =

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die drei leitende Gewebeschichten aufweist, einschließlich der zusätzlichen mittleren Gewebeschicht 26, und eine zusätzliche Abstandsplatte 4a. Wie Fig. 6 zeigt, wirken die Lippenabschnitte 19 s*ind 19a in der gleichen Weise wie bei dem zuvor beschriebenen Schalter, mit der Ausnahme, daß, nachdem zunächst die obere Gewebeschicht an der mittleren Gewebeschicht zur Anlage gekommen ist, diese beiden Gewebeschichten ihre

109847/.1253

07 71

Abwärtsbewegung bis zur Berührung mit der unteren Gewebeschicht fortsetzen, um einen drei Kontakte aufweisenden Schalter zu schließen.

Der erfindungsgemäße Schalter ist auch als Flüssigkeitsdruckschalter geeignet» Beispielsweise kann die Tiefe . einer Flüssigkeit durch den zum Schließen des Schalters erforderlichen Druck -festgestellt werden.

Eine Reihe von Schaltern kann-zum Registrieren der Informationen einer Prüfkarte verwendet werden, indem ein hörbares Signal angibt, wenn eine Prüfmarke das Schließen eines Schalters bewirkt hat, und- zum Feststellen der geschlossenen Schalter das Abtasten aller Schaltpunkte unter Anwendung eines Tastenfeldes erfolgt.

Die vorstehende Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung dient nur zur Erläuterung und nicht zur Abgrenzung und es versteht sich, daß die behandelten Ausführungsformen in mancher Hinsicht abgeändert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche

1.^Elektrische Schaltanordnung, die aus mindestens einem Schalter besteht, der durch Druck auf einen Schaltbereich geschlossen und durch Aufheben des Druckes geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie übereinander eine elektrisch nichtleitende

Grundplatte (2), eine untere elektrisch leitende A

Schicht (3)» eine nichtleitende Abstandsplatte (4), die mindestens eine Öffnung (12) aufweist, eine obere elektrisch leitende Schicht (5) und eine nichtleitende, nicht zusammendrückbare Platte (6) umfaßt, die einen der Öffnung (12) in der Abstandsplatte (4) gegenüberstehenden langgestreckten Schlitz (17» 17a) aufweist, der von bei Anwendung von Druck in die öffnung (12) der Abstandsplatte (4) hinein durchbiegbaren Abschnitten (19 und 19a) der nicht zusammendrückbaren Platte (6) begrenzt wird.

Elektrische Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der nicht zusammendrückbaren " Platte (6) eine Abdeckplatte (7) aufliegt, die den ausgeübten Druck direkt aufnimmt und ihn auf die nicht zusammendrückbare Platte (6) überträgt.

Elektrische Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Schichten (3 und 5) aus einem mit einem elektrisch leitenden Material beschichteten Gewebe bestehen.

INSPECTED 109847/1253

4-, Elektrische Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Llehrzahl druckbetätigter Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Schichten (3 und 5) abwechselnd leitende und nichtleitende, zueinander parallele Streifen (13 bzw. auf v/eisen,

5· Elektrische Schaltanordnung nach den Ansprüchen 3 W' und 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden

Schichten aus einem Nylongewebe bestehen, das im Bereich der leitenden Streifen aus versilberten Fasern gewoben ist.

OFHGIHAU INSPECTED 109847/1253

Leersei te